A level課程中化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試給我們的借鑒與啟示

王慧

摘要：重點(diǎn)介紹了英國(guó)劍橋高中課程中化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試的考試方式與內(nèi)容，并以2011年夏季卷為例介紹相關(guān)細(xì)節(jié)，希望通過(guò)改善評(píng)價(jià)機(jī)制來(lái)提高國(guó)內(nèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Alevel課程；CIE考試；實(shí)驗(yàn)操作考試

文章編號(hào)：1005–6629（2014）7–0078–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

劍橋國(guó)際高中課程（General Certificate of Education Advanced Level，簡(jiǎn)稱A level）是英語(yǔ)世界最成熟的高中學(xué)歷課程體系之一，是英國(guó)的全民課程體系，也是英國(guó)學(xué)生的大學(xué)入學(xué)考試課程?，F(xiàn)在中國(guó)很多城市也開設(shè)了此課程，為中國(guó)學(xué)生進(jìn)入國(guó)外大學(xué)提供了有效途徑。該課程學(xué)制為兩年，第一年稱為AS水準(zhǔn)，學(xué)生通常選擇自己最擅長(zhǎng)且最有興趣的4門課學(xué)習(xí)，通過(guò)考試后獲得AS證書。第二年稱為A2水準(zhǔn)，學(xué)生可選擇AS水準(zhǔn)中較優(yōu)秀的3～4門課繼續(xù)學(xué)習(xí)，通過(guò)考試后獲得A-Level證書。這里提到的考試都是指CIE（University of Cambridge International Examinations），由劍橋大學(xué)考試委員會(huì)統(tǒng)一命制試卷，統(tǒng)一考試時(shí)間。在每年5、6月份進(jìn)行，考試結(jié)束后，試卷將全部寄回，由劍橋大學(xué)國(guó)際考試委員會(huì)統(tǒng)一批改。考得不理想的考生在同年10、11月還有一次重考的機(jī)會(huì)，成績(jī)以最好一次計(jì)算。

1 CIE化學(xué)考試簡(jiǎn)介

AS學(xué)年的CIE化學(xué)試卷分三部分：選擇題、問(wèn)答題、實(shí)驗(yàn)操作題。三部分試卷獨(dú)立，分開考查，按百分比合成滿分100。A2學(xué)年的化學(xué)試卷分兩部分：?jiǎn)柎痤}、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。其分值再與AS學(xué)年成績(jī)合出最后CIE總成績(jī)。

學(xué)生可以憑AS學(xué)年的CIE成績(jī)?cè)贏2學(xué)年邊學(xué)習(xí)邊申請(qǐng)大學(xué)。預(yù)錄取后部分高校會(huì)對(duì)A2成績(jī)提出相應(yīng)的具體要求，達(dá)到才會(huì)被最終錄取。所以AS學(xué)年的CIE考試對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)高考。無(wú)論從分值還是考試時(shí)間，都體現(xiàn)出“化學(xué)實(shí)驗(yàn)”的重要性，而且AS、A2各有側(cè)重點(diǎn)。本文主要關(guān)注AS階段的實(shí)驗(yàn)操作考試。

2 CIE化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試

因?yàn)镃IE有化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試，所以平時(shí)的教學(xué)中無(wú)論是教師還是學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)從來(lái)不敢掉以輕心，實(shí)驗(yàn)課會(huì)占總化學(xué)課時(shí)的10%以上。為了讓學(xué)生有較充裕的時(shí)間做完整的實(shí)驗(yàn)，全心體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程，每次實(shí)驗(yàn)課都是安排100分鐘。國(guó)外的教科書也不是唯一的，一般由教師自己決定所用教材。每本書上都會(huì)有一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置圖和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的照片以及說(shuō)明，但關(guān)于學(xué)生是否需要?jiǎng)邮肿龃藢?shí)驗(yàn)沒(méi)有任何要求和建議，所以每次實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的選擇完全由教師自己決定。當(dāng)然AS學(xué)年上學(xué)期實(shí)驗(yàn)的選擇可以比較隨意，下學(xué)期也會(huì)出于應(yīng)試需要多做與考試相關(guān)的實(shí)驗(yàn)練習(xí)，實(shí)驗(yàn)課的次數(shù)也會(huì)適當(dāng)增加，最多時(shí)每周一次。

2.1 考試形式

CIE的實(shí)驗(yàn)操作考試是真實(shí)的，靈活的。首先是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不確定性，和我們平時(shí)卷面考試一樣，平時(shí)練習(xí)再多也不可能完全猜到考試的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，所以這絕對(duì)不是一次簡(jiǎn)單的重復(fù)。每個(gè)考生必須像一個(gè)真正的研究者一樣，先根據(jù)步驟做實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和一些必要的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算得出結(jié)論，有時(shí)還需要設(shè)計(jì)一些小實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所得結(jié)論。實(shí)驗(yàn)時(shí)每個(gè)考生一張實(shí)驗(yàn)桌，單獨(dú)的一套實(shí)驗(yàn)儀器和藥品。兩小時(shí)內(nèi)獨(dú)立完成試卷上的2～3個(gè)實(shí)驗(yàn)并完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。一般一個(gè)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)實(shí)驗(yàn)桌多少可安排20至30個(gè)考生，2個(gè)教師監(jiān)考。每場(chǎng)實(shí)驗(yàn)考試只要實(shí)驗(yàn)室條件允許，可多個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)進(jìn)行。人數(shù)較多時(shí)可以申請(qǐng)分批在不同的時(shí)間考不同的試卷，考試委員會(huì)每一次考試都會(huì)準(zhǔn)備5份難度相當(dāng)?shù)脑嚲怼?/p>

2.2 考試內(nèi)容

2.3 試卷批改

因?yàn)榭荚囈远繉?shí)驗(yàn)為主，所以事先由教師為學(xué)生準(zhǔn)備的溶液濃度是否精確就顯得至關(guān)重要，這會(huì)直接影響到學(xué)生的最終答案。雖然考試前會(huì)有具體的配制要求發(fā)送到各考點(diǎn)，但在實(shí)際配制中是不可能做到各考點(diǎn)和配制要求完全一致的。所以每一場(chǎng)考試都會(huì)由一位資深化學(xué)教師用同一批配制的化學(xué)試劑與學(xué)生同時(shí)做實(shí)驗(yàn)，他的試卷也會(huì)和學(xué)生試卷一起寄回考試委員會(huì)。批改時(shí)會(huì)以這位教師的答案作為該考點(diǎn)這次實(shí)驗(yàn)考試的參考答案，來(lái)評(píng)定學(xué)生答案的精確度。

3 試題分析

為了更清楚地了解CIE實(shí)驗(yàn)操作考試，本文翻譯了2011年夏季卷中的一份，受文章篇幅的限制，第3題離子檢驗(yàn)省略。

3.1 試題案例

題1 許多固體鹽存在水合物。一個(gè)例子就是洗滌堿——水合碳酸鈉，Na2CO3·xH2O。

請(qǐng)你用鹽酸滴定的方法來(lái)測(cè)定Na2CO3·xH2O中x的數(shù)值。

FB1是水合碳酸鈉，Na2CO3·xH2O FB2是0.200 mol·dm-3鹽酸，HCl甲基橙指示劑

水合碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：Na2CO3·xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O（a）實(shí)驗(yàn)方法

·稱量裝有FB1水合碳酸鈉的試管總質(zhì)量，并記錄在下面空白處。

·將所有FB1倒入一個(gè)250cm3燒杯，再稱量試管和殘余少量FB1的總質(zhì)量，并記錄在下面空白處?！び?jì)算并記錄所用FB1的質(zhì)量。

所用FB1的質(zhì)量= g

·用50cm3量筒量取100cm3的蒸餾水倒入燒杯中?！び貌ＡО魯嚢柚钡焦腆w完全溶解。

·將溶液從燒杯倒入250cm3容量瓶中。

·用蒸餾水洗滌燒杯，將洗滌液也倒入容量瓶中?！ぜ诱麴s水至刻度線。

·搖動(dòng)容量瓶使FB1溶液混合均勻。

·用移液管移取25.0cm3 FB1溶液至一個(gè)錐形瓶。

·在錐形瓶中滴入幾滴甲基橙指示劑，并把錐形瓶放在一塊白板上。

·滴定管裝滿FB2鹽酸。

·用鹽酸滴定FB1直到滴定終點(diǎn)。

·你應(yīng)該先做一次粗略的滴定。

在下面空白處記錄你這次粗略滴定的讀數(shù)。

粗略滴定中消耗 mL

·進(jìn)行多次你認(rèn)為必要的精確滴定直至獲得一致的結(jié)果。

·確定記錄的結(jié)果能體現(xiàn)實(shí)際操作的精確度。

·用一個(gè)適當(dāng)?shù)谋砀裼涗浢恳淮尉_滴定中讀到的數(shù)據(jù)和消耗FB2的體積。 [7]

（b）從你的滴定結(jié)果中，獲得一個(gè)合適的數(shù)據(jù)用于你的計(jì)算。

清楚地呈現(xiàn)出你是如何獲得這個(gè)數(shù)據(jù)的。

25.0 cm3的FB1溶液需要消耗 cm3的FB2。

[1]

（c）計(jì)算

寫出計(jì)算過(guò)程，每一步計(jì)算中最后答案注意保留適當(dāng)?shù)挠行?shù)字。

（1）計(jì)算在（b）中消耗的這么多體積的FB2中有多少摩爾的鹽酸。

（2）計(jì)算25.0 cm3 FB1溶液中有多少摩爾的Na2CO3·xH2O。

Na2CO3·xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O

（3）計(jì)算250 cm3 FB1溶液中有多少摩爾的Na2CO3·xH2O。

（4）用你稱量出的FB1的質(zhì)量計(jì)算出Na2CO3·xH2O的相對(duì)分子質(zhì)量。

（5）計(jì)算Na2CO3·xH2O中x的數(shù)值[Ar：H，1.0；C，12.0；O，16.0；Na，23.0]。 [6]

（d）滴定管單次讀數(shù)的誤差是±0.05 cm3。

在（b）中滴定體積的誤差百分率有多少？ [1]

[共15分]

題2 你需要確定水合碳酸鈉Na2CO3·xH2O與鹽酸反應(yīng)的反應(yīng)熱。

該反應(yīng)的化學(xué)方程式如下Na2CO3·xH2O（s）+ 2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l） FB3是水合碳酸鈉，Na2CO3·xH2O FB4是4.00 mol·dm-3鹽酸，HCl（a）實(shí)驗(yàn)方法

·將一個(gè)塑料杯放入一個(gè)250 cm3燒杯中?！び昧客擦咳?5 cm3 FB4倒入塑料杯。

·傾斜燒杯使得溫度計(jì)的玻璃球浸入溶液?！y(cè)量并記錄溶液溫度。

·稱量并記錄裝有FB3的試管總質(zhì)量。

·小心地將試管中的水合碳酸鈉全部倒入塑料杯中。

·反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，所以固體要少量加入同時(shí)持續(xù)用溫度計(jì)攪拌。

·記錄出現(xiàn)的最低溫度。

·稱量試管和殘余少量FB3的總質(zhì)量。

在下面空白處用適當(dāng)?shù)谋砀裼涗洈?shù)據(jù)：

所有天平讀數(shù)，

所有溫度計(jì)讀數(shù)，

實(shí)驗(yàn)中消耗的FB3的質(zhì)量，

下降的溫度。 [5]

（b）計(jì)算

寫出計(jì)算過(guò)程，答案保留三位有效數(shù)字。

（1）計(jì)算該反應(yīng)中的熱量變化（你可以假設(shè)1.0 cm3溶液溫度變化1.0℃時(shí)熱量變化4.3J）。

（2）計(jì)算2（a）中所用Na2CO3·xH2O有多少摩爾。

你可以用1（c）（ⅴ）中計(jì)算出的相對(duì)分子質(zhì)量。

如果你不確定1（c）中計(jì)算出的相對(duì)質(zhì)量，可以假設(shè)它是259，但是這并不是正確值。

（3）計(jì)算下面反應(yīng)的焓變，單位為kJ·mol-1。

Na2CO3·xH2O（s）+2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l），ΔH= kJ·mol-1

符號(hào) 數(shù)值 [4]

（c）通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定焓變時(shí)，環(huán)境與反應(yīng)體系的熱量交換是產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要原因。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)提高絕熱而得到改善。

除了這個(gè)改變可以減少傳熱，建議一個(gè)可行的改進(jìn)儀器或?qū)嶒?yàn)過(guò)程的方法使焓變更準(zhǔn)確。 [1]

[共10分]

3.2 整體分析

這兩個(gè)定量實(shí)驗(yàn)均以Na2CO3·xH2O作為研究對(duì)象。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量的測(cè)定”，國(guó)內(nèi)教材中也有類似的實(shí)驗(yàn)，采用的實(shí)驗(yàn)方法是先加熱至恒重，再通過(guò)計(jì)算其失重求出x。實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)在于如何確定結(jié)晶水合物受熱已完全失去結(jié)晶水，為此需要反復(fù)加熱、冷卻、稱重，直至連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量差不超過(guò)0.1 g。因?yàn)樾枰匀焕鋮s后才可稱量，所以比較耗時(shí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)另辟蹊徑，通過(guò)滴定的方法求出Na2CO3的物質(zhì)的量再求出x。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是基本的反應(yīng)熱測(cè)定。從實(shí)驗(yàn)難度而言，在歷年的實(shí)驗(yàn)操作題中這兩個(gè)都屬于相對(duì)比較簡(jiǎn)單的。實(shí)驗(yàn)除了考查學(xué)生最基本的實(shí)驗(yàn)技能①安全進(jìn)行各項(xiàng)操作并完成實(shí)驗(yàn)②準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)并在獲得的定量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算和解釋結(jié)果，還考查了更高層次的技能，如結(jié)合考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性、精確性自行決定實(shí)驗(yàn)次數(shù)，并在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)尾部分都設(shè)有“反思”環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各個(gè)方面，特別是定量實(shí)驗(yàn)中不可避免的誤差產(chǎn)生原因，從儀器到操作各有側(cè)重。

3.3 考試中相關(guān)細(xì)節(jié)分析

3.3.1 關(guān)于實(shí)驗(yàn)儀器

關(guān)于“滴定管”。A level課程所用教材中提及的都是一種二合一的滴定管。樣式同傳統(tǒng)酸式滴定管，但旋塞為聚四氟乙烯材質(zhì)，所以不用擔(dān)心因長(zhǎng)期接觸堿液而使玻璃粘連。而且旋塞左端有用于固定的聚四氟乙烯螺母。這樣在使用中就不用擔(dān)心因旋塞松動(dòng)而造成漏液。所以教師不會(huì)強(qiáng)求學(xué)生用哪個(gè)手操作，考試題中更不會(huì)有這樣的問(wèn)題。

關(guān)于“簡(jiǎn)易量熱計(jì)”。在題2的反應(yīng)熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)中儀器簡(jiǎn)單得讓人不敢相信，只要求在250 mL的燒杯中放入一個(gè)塑料杯，因?yàn)榇笮『线m的塑料杯比較難找，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)用一次性紙杯代替。沒(méi)有蓋子，更沒(méi)有所謂的“環(huán)形玻璃攪拌棒”，學(xué)生被要求直接用溫度計(jì)攪拌溶液，同時(shí)讀數(shù)?？赡芤?yàn)閮?nèi)層是塑料或紙質(zhì)的，攪拌時(shí)溫度計(jì)與其接觸不用擔(dān)心會(huì)損壞。

3.3.2 關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作

關(guān)于“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”的操作。題1中有“配制一定物質(zhì)的量濃度的Na2CO3溶液”的要求。國(guó)內(nèi)高中課程中相關(guān)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)明確的步驟：①計(jì)算；②稱量；③溶解；④轉(zhuǎn)移；⑤定容。A level課程中省去了第③步最后的“冷卻到室溫”和第④步“輕輕振蕩容量瓶”的要求。第⑤步定容只提出“向容量瓶中加蒸餾水至刻度線”，沒(méi)有刻意要求使用膠頭滴管。

關(guān)于轉(zhuǎn)移溶液的操作。CIE實(shí)驗(yàn)中當(dāng)遇到將試劑瓶中的溶液轉(zhuǎn)移到滴定管或?qū)械娜芤恨D(zhuǎn)移到容量瓶都是允許使用漏斗的。為了防止溶液間相互污染或清洗后潮濕的漏斗降低原溶液的濃度。實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)根據(jù)需要發(fā)給學(xué)生多個(gè)潔凈干燥的漏斗，確保不需要重復(fù)使用。

3.3.3 關(guān)于定量實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算

CIE實(shí)驗(yàn)操作考試中的計(jì)算總是顯得很“簡(jiǎn)單”，就像前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)題中（c）計(jì)算，分了幾個(gè)連續(xù)的小題，環(huán)環(huán)相扣，將難度降到了最低。計(jì)分時(shí)每小題答對(duì)各得1分，每一題中答案保留3～4位有效數(shù)字，再得1分。所以如果學(xué)生的最后答案錯(cuò)誤，主要原因多是出在實(shí)驗(yàn)操作上，而不是后續(xù)計(jì)算的問(wèn)題。別以為CIE考試都是如此簡(jiǎn)單的，類似的計(jì)算如果出現(xiàn)在選擇題試卷中也和國(guó)內(nèi)考試題一樣，是要求學(xué)生直接給出答案的。實(shí)驗(yàn)題中這樣設(shè)置問(wèn)題，只是為了體現(xiàn)重在考查學(xué)生動(dòng)手操作能力以及對(duì)該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和評(píng)價(jià)能力。

·你應(yīng)該先做一次粗略的滴定。

在下面空白處記錄你這次粗略滴定的讀數(shù)。

粗略滴定中消耗 mL

·進(jìn)行多次你認(rèn)為必要的精確滴定直至獲得一致的結(jié)果。

·確定記錄的結(jié)果能體現(xiàn)實(shí)際操作的精確度。

·用一個(gè)適當(dāng)?shù)谋砀裼涗浢恳淮尉_滴定中讀到的數(shù)據(jù)和消耗FB2的體積。 [7]

（b）從你的滴定結(jié)果中，獲得一個(gè)合適的數(shù)據(jù)用于你的計(jì)算。

清楚地呈現(xiàn)出你是如何獲得這個(gè)數(shù)據(jù)的。

25.0 cm3的FB1溶液需要消耗 cm3的FB2。

[1]

（c）計(jì)算

寫出計(jì)算過(guò)程，每一步計(jì)算中最后答案注意保留適當(dāng)?shù)挠行?shù)字。

（1）計(jì)算在（b）中消耗的這么多體積的FB2中有多少摩爾的鹽酸。

（2）計(jì)算25.0 cm3 FB1溶液中有多少摩爾的Na2CO3·xH2O。

Na2CO3·xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O

（3）計(jì)算250 cm3 FB1溶液中有多少摩爾的Na2CO3·xH2O。

（4）用你稱量出的FB1的質(zhì)量計(jì)算出Na2CO3·xH2O的相對(duì)分子質(zhì)量。

（5）計(jì)算Na2CO3·xH2O中x的數(shù)值[Ar：H，1.0；C，12.0；O，16.0；Na，23.0]。 [6]

（d）滴定管單次讀數(shù)的誤差是±0.05 cm3。

在（b）中滴定體積的誤差百分率有多少？ [1]

[共15分]

題2 你需要確定水合碳酸鈉Na2CO3·xH2O與鹽酸反應(yīng)的反應(yīng)熱。

該反應(yīng)的化學(xué)方程式如下Na2CO3·xH2O（s）+ 2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l） FB3是水合碳酸鈉，Na2CO3·xH2O FB4是4.00 mol·dm-3鹽酸，HCl（a）實(shí)驗(yàn)方法

·將一個(gè)塑料杯放入一個(gè)250 cm3燒杯中?！び昧客擦咳?5 cm3 FB4倒入塑料杯。

·傾斜燒杯使得溫度計(jì)的玻璃球浸入溶液?！y(cè)量并記錄溶液溫度。

·稱量并記錄裝有FB3的試管總質(zhì)量。

·小心地將試管中的水合碳酸鈉全部倒入塑料杯中。

·反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，所以固體要少量加入同時(shí)持續(xù)用溫度計(jì)攪拌。

·記錄出現(xiàn)的最低溫度。

·稱量試管和殘余少量FB3的總質(zhì)量。

在下面空白處用適當(dāng)?shù)谋砀裼涗洈?shù)據(jù)：

所有天平讀數(shù)，

所有溫度計(jì)讀數(shù)，

實(shí)驗(yàn)中消耗的FB3的質(zhì)量，

下降的溫度。 [5]

（b）計(jì)算

寫出計(jì)算過(guò)程，答案保留三位有效數(shù)字。

（1）計(jì)算該反應(yīng)中的熱量變化（你可以假設(shè)1.0 cm3溶液溫度變化1.0℃時(shí)熱量變化4.3J）。

（2）計(jì)算2（a）中所用Na2CO3·xH2O有多少摩爾。

你可以用1（c）（ⅴ）中計(jì)算出的相對(duì)分子質(zhì)量。

如果你不確定1（c）中計(jì)算出的相對(duì)質(zhì)量，可以假設(shè)它是259，但是這并不是正確值。

（3）計(jì)算下面反應(yīng)的焓變，單位為kJ·mol-1。

Na2CO3·xH2O（s）+2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l），ΔH= kJ·mol-1

符號(hào) 數(shù)值 [4]

（c）通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定焓變時(shí)，環(huán)境與反應(yīng)體系的熱量交換是產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要原因。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)提高絕熱而得到改善。

除了這個(gè)改變可以減少傳熱，建議一個(gè)可行的改進(jìn)儀器或?qū)嶒?yàn)過(guò)程的方法使焓變更準(zhǔn)確。 [1]

[共10分]

3.2 整體分析

這兩個(gè)定量實(shí)驗(yàn)均以Na2CO3·xH2O作為研究對(duì)象。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量的測(cè)定”，國(guó)內(nèi)教材中也有類似的實(shí)驗(yàn)，采用的實(shí)驗(yàn)方法是先加熱至恒重，再通過(guò)計(jì)算其失重求出x。實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)在于如何確定結(jié)晶水合物受熱已完全失去結(jié)晶水，為此需要反復(fù)加熱、冷卻、稱重，直至連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量差不超過(guò)0.1 g。因?yàn)樾枰匀焕鋮s后才可稱量，所以比較耗時(shí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)另辟蹊徑，通過(guò)滴定的方法求出Na2CO3的物質(zhì)的量再求出x。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是基本的反應(yīng)熱測(cè)定。從實(shí)驗(yàn)難度而言，在歷年的實(shí)驗(yàn)操作題中這兩個(gè)都屬于相對(duì)比較簡(jiǎn)單的。實(shí)驗(yàn)除了考查學(xué)生最基本的實(shí)驗(yàn)技能①安全進(jìn)行各項(xiàng)操作并完成實(shí)驗(yàn)②準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)并在獲得的定量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算和解釋結(jié)果，還考查了更高層次的技能，如結(jié)合考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性、精確性自行決定實(shí)驗(yàn)次數(shù)，并在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)尾部分都設(shè)有“反思”環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各個(gè)方面，特別是定量實(shí)驗(yàn)中不可避免的誤差產(chǎn)生原因，從儀器到操作各有側(cè)重。

3.3 考試中相關(guān)細(xì)節(jié)分析

3.3.1 關(guān)于實(shí)驗(yàn)儀器

關(guān)于“滴定管”。A level課程所用教材中提及的都是一種二合一的滴定管。樣式同傳統(tǒng)酸式滴定管，但旋塞為聚四氟乙烯材質(zhì)，所以不用擔(dān)心因長(zhǎng)期接觸堿液而使玻璃粘連。而且旋塞左端有用于固定的聚四氟乙烯螺母。這樣在使用中就不用擔(dān)心因旋塞松動(dòng)而造成漏液。所以教師不會(huì)強(qiáng)求學(xué)生用哪個(gè)手操作，考試題中更不會(huì)有這樣的問(wèn)題。

關(guān)于“簡(jiǎn)易量熱計(jì)”。在題2的反應(yīng)熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)中儀器簡(jiǎn)單得讓人不敢相信，只要求在250 mL的燒杯中放入一個(gè)塑料杯，因?yàn)榇笮『线m的塑料杯比較難找，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)用一次性紙杯代替。沒(méi)有蓋子，更沒(méi)有所謂的“環(huán)形玻璃攪拌棒”，學(xué)生被要求直接用溫度計(jì)攪拌溶液，同時(shí)讀數(shù)。可能因?yàn)閮?nèi)層是塑料或紙質(zhì)的，攪拌時(shí)溫度計(jì)與其接觸不用擔(dān)心會(huì)損壞。

3.3.2 關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作

關(guān)于“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”的操作。題1中有“配制一定物質(zhì)的量濃度的Na2CO3溶液”的要求。國(guó)內(nèi)高中課程中相關(guān)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)明確的步驟：①計(jì)算；②稱量；③溶解；④轉(zhuǎn)移；⑤定容。A level課程中省去了第③步最后的“冷卻到室溫”和第④步“輕輕振蕩容量瓶”的要求。第⑤步定容只提出“向容量瓶中加蒸餾水至刻度線”，沒(méi)有刻意要求使用膠頭滴管。

關(guān)于轉(zhuǎn)移溶液的操作。CIE實(shí)驗(yàn)中當(dāng)遇到將試劑瓶中的溶液轉(zhuǎn)移到滴定管或?qū)械娜芤恨D(zhuǎn)移到容量瓶都是允許使用漏斗的。為了防止溶液間相互污染或清洗后潮濕的漏斗降低原溶液的濃度。實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)根據(jù)需要發(fā)給學(xué)生多個(gè)潔凈干燥的漏斗，確保不需要重復(fù)使用。

3.3.3 關(guān)于定量實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算

CIE實(shí)驗(yàn)操作考試中的計(jì)算總是顯得很“簡(jiǎn)單”，就像前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)題中（c）計(jì)算，分了幾個(gè)連續(xù)的小題，環(huán)環(huán)相扣，將難度降到了最低。計(jì)分時(shí)每小題答對(duì)各得1分，每一題中答案保留3～4位有效數(shù)字，再得1分。所以如果學(xué)生的最后答案錯(cuò)誤，主要原因多是出在實(shí)驗(yàn)操作上，而不是后續(xù)計(jì)算的問(wèn)題。別以為CIE考試都是如此簡(jiǎn)單的，類似的計(jì)算如果出現(xiàn)在選擇題試卷中也和國(guó)內(nèi)考試題一樣，是要求學(xué)生直接給出答案的。實(shí)驗(yàn)題中這樣設(shè)置問(wèn)題，只是為了體現(xiàn)重在考查學(xué)生動(dòng)手操作能力以及對(duì)該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和評(píng)價(jià)能力。

·你應(yīng)該先做一次粗略的滴定。

在下面空白處記錄你這次粗略滴定的讀數(shù)。

粗略滴定中消耗 mL

·進(jìn)行多次你認(rèn)為必要的精確滴定直至獲得一致的結(jié)果。

·確定記錄的結(jié)果能體現(xiàn)實(shí)際操作的精確度。

·用一個(gè)適當(dāng)?shù)谋砀裼涗浢恳淮尉_滴定中讀到的數(shù)據(jù)和消耗FB2的體積。 [7]

（b）從你的滴定結(jié)果中，獲得一個(gè)合適的數(shù)據(jù)用于你的計(jì)算。

清楚地呈現(xiàn)出你是如何獲得這個(gè)數(shù)據(jù)的。

25.0 cm3的FB1溶液需要消耗 cm3的FB2。

[1]

（c）計(jì)算

寫出計(jì)算過(guò)程，每一步計(jì)算中最后答案注意保留適當(dāng)?shù)挠行?shù)字。

（1）計(jì)算在（b）中消耗的這么多體積的FB2中有多少摩爾的鹽酸。

（2）計(jì)算25.0 cm3 FB1溶液中有多少摩爾的Na2CO3·xH2O。

Na2CO3·xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O

（3）計(jì)算250 cm3 FB1溶液中有多少摩爾的Na2CO3·xH2O。

（4）用你稱量出的FB1的質(zhì)量計(jì)算出Na2CO3·xH2O的相對(duì)分子質(zhì)量。

（5）計(jì)算Na2CO3·xH2O中x的數(shù)值[Ar：H，1.0；C，12.0；O，16.0；Na，23.0]。 [6]

（d）滴定管單次讀數(shù)的誤差是±0.05 cm3。

在（b）中滴定體積的誤差百分率有多少？ [1]

[共15分]

題2 你需要確定水合碳酸鈉Na2CO3·xH2O與鹽酸反應(yīng)的反應(yīng)熱。

該反應(yīng)的化學(xué)方程式如下Na2CO3·xH2O（s）+ 2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l） FB3是水合碳酸鈉，Na2CO3·xH2O FB4是4.00 mol·dm-3鹽酸，HCl（a）實(shí)驗(yàn)方法

·將一個(gè)塑料杯放入一個(gè)250 cm3燒杯中?！び昧客擦咳?5 cm3 FB4倒入塑料杯。

·傾斜燒杯使得溫度計(jì)的玻璃球浸入溶液?！y(cè)量并記錄溶液溫度。

·稱量并記錄裝有FB3的試管總質(zhì)量。

·小心地將試管中的水合碳酸鈉全部倒入塑料杯中。

·反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，所以固體要少量加入同時(shí)持續(xù)用溫度計(jì)攪拌。

·記錄出現(xiàn)的最低溫度。

·稱量試管和殘余少量FB3的總質(zhì)量。

在下面空白處用適當(dāng)?shù)谋砀裼涗洈?shù)據(jù)：

所有天平讀數(shù)，

所有溫度計(jì)讀數(shù)，

實(shí)驗(yàn)中消耗的FB3的質(zhì)量，

下降的溫度。 [5]

（b）計(jì)算

寫出計(jì)算過(guò)程，答案保留三位有效數(shù)字。

（1）計(jì)算該反應(yīng)中的熱量變化（你可以假設(shè)1.0 cm3溶液溫度變化1.0℃時(shí)熱量變化4.3J）。

（2）計(jì)算2（a）中所用Na2CO3·xH2O有多少摩爾。

你可以用1（c）（ⅴ）中計(jì)算出的相對(duì)分子質(zhì)量。

如果你不確定1（c）中計(jì)算出的相對(duì)質(zhì)量，可以假設(shè)它是259，但是這并不是正確值。

（3）計(jì)算下面反應(yīng)的焓變，單位為kJ·mol-1。

Na2CO3·xH2O（s）+2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l），ΔH= kJ·mol-1

符號(hào) 數(shù)值 [4]

（c）通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定焓變時(shí)，環(huán)境與反應(yīng)體系的熱量交換是產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要原因。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)提高絕熱而得到改善。

除了這個(gè)改變可以減少傳熱，建議一個(gè)可行的改進(jìn)儀器或?qū)嶒?yàn)過(guò)程的方法使焓變更準(zhǔn)確。 [1]

[共10分]

3.2 整體分析

這兩個(gè)定量實(shí)驗(yàn)均以Na2CO3·xH2O作為研究對(duì)象。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量的測(cè)定”，國(guó)內(nèi)教材中也有類似的實(shí)驗(yàn)，采用的實(shí)驗(yàn)方法是先加熱至恒重，再通過(guò)計(jì)算其失重求出x。實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)在于如何確定結(jié)晶水合物受熱已完全失去結(jié)晶水，為此需要反復(fù)加熱、冷卻、稱重，直至連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量差不超過(guò)0.1 g。因?yàn)樾枰匀焕鋮s后才可稱量，所以比較耗時(shí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)另辟蹊徑，通過(guò)滴定的方法求出Na2CO3的物質(zhì)的量再求出x。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是基本的反應(yīng)熱測(cè)定。從實(shí)驗(yàn)難度而言，在歷年的實(shí)驗(yàn)操作題中這兩個(gè)都屬于相對(duì)比較簡(jiǎn)單的。實(shí)驗(yàn)除了考查學(xué)生最基本的實(shí)驗(yàn)技能①安全進(jìn)行各項(xiàng)操作并完成實(shí)驗(yàn)②準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)并在獲得的定量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算和解釋結(jié)果，還考查了更高層次的技能，如結(jié)合考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性、精確性自行決定實(shí)驗(yàn)次數(shù)，并在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)尾部分都設(shè)有“反思”環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各個(gè)方面，特別是定量實(shí)驗(yàn)中不可避免的誤差產(chǎn)生原因，從儀器到操作各有側(cè)重。

3.3 考試中相關(guān)細(xì)節(jié)分析

3.3.1 關(guān)于實(shí)驗(yàn)儀器

關(guān)于“滴定管”。A level課程所用教材中提及的都是一種二合一的滴定管。樣式同傳統(tǒng)酸式滴定管，但旋塞為聚四氟乙烯材質(zhì)，所以不用擔(dān)心因長(zhǎng)期接觸堿液而使玻璃粘連。而且旋塞左端有用于固定的聚四氟乙烯螺母。這樣在使用中就不用擔(dān)心因旋塞松動(dòng)而造成漏液。所以教師不會(huì)強(qiáng)求學(xué)生用哪個(gè)手操作，考試題中更不會(huì)有這樣的問(wèn)題。

關(guān)于“簡(jiǎn)易量熱計(jì)”。在題2的反應(yīng)熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)中儀器簡(jiǎn)單得讓人不敢相信，只要求在250 mL的燒杯中放入一個(gè)塑料杯，因?yàn)榇笮『线m的塑料杯比較難找，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)用一次性紙杯代替。沒(méi)有蓋子，更沒(méi)有所謂的“環(huán)形玻璃攪拌棒”，學(xué)生被要求直接用溫度計(jì)攪拌溶液，同時(shí)讀數(shù)?？赡芤?yàn)閮?nèi)層是塑料或紙質(zhì)的，攪拌時(shí)溫度計(jì)與其接觸不用擔(dān)心會(huì)損壞。

3.3.2 關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作

關(guān)于“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”的操作。題1中有“配制一定物質(zhì)的量濃度的Na2CO3溶液”的要求。國(guó)內(nèi)高中課程中相關(guān)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)明確的步驟：①計(jì)算；②稱量；③溶解；④轉(zhuǎn)移；⑤定容。A level課程中省去了第③步最后的“冷卻到室溫”和第④步“輕輕振蕩容量瓶”的要求。第⑤步定容只提出“向容量瓶中加蒸餾水至刻度線”，沒(méi)有刻意要求使用膠頭滴管。

關(guān)于轉(zhuǎn)移溶液的操作。CIE實(shí)驗(yàn)中當(dāng)遇到將試劑瓶中的溶液轉(zhuǎn)移到滴定管或?qū)械娜芤恨D(zhuǎn)移到容量瓶都是允許使用漏斗的。為了防止溶液間相互污染或清洗后潮濕的漏斗降低原溶液的濃度。實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)根據(jù)需要發(fā)給學(xué)生多個(gè)潔凈干燥的漏斗，確保不需要重復(fù)使用。

3.3.3 關(guān)于定量實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算

CIE實(shí)驗(yàn)操作考試中的計(jì)算總是顯得很“簡(jiǎn)單”，就像前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)題中（c）計(jì)算，分了幾個(gè)連續(xù)的小題，環(huán)環(huán)相扣，將難度降到了最低。計(jì)分時(shí)每小題答對(duì)各得1分，每一題中答案保留3～4位有效數(shù)字，再得1分。所以如果學(xué)生的最后答案錯(cuò)誤，主要原因多是出在實(shí)驗(yàn)操作上，而不是后續(xù)計(jì)算的問(wèn)題。別以為CIE考試都是如此簡(jiǎn)單的，類似的計(jì)算如果出現(xiàn)在選擇題試卷中也和國(guó)內(nèi)考試題一樣，是要求學(xué)生直接給出答案的。實(shí)驗(yàn)題中這樣設(shè)置問(wèn)題，只是為了體現(xiàn)重在考查學(xué)生動(dòng)手操作能力以及對(duì)該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和評(píng)價(jià)能力。